Resumen

México es un país de tradiciones, como es el consumo de tortillas y derivados del maíz. Para producirlos es necesaria la nixtamalización la cual genera en el país 14.4 millones de m³ por año de nejayote (nombre que se le denomina a dicha agua residual).  Este tipo de subproducto es considerado altamente contaminante y será aprovechado para obtener un aditivo para generar un protector solar orgánico, lo que hará rentable el uso del nejayote y reduciendo su impacto ambiental.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Hoy en día la contaminación y el manejo de residuos es un problema que afecta a nivel global, en el caso de este proyecto, el nejayote presenta un alto impacto contaminante del agua, esto debido a su alta demanda química de oxígeno (DQO) que supera en mucho los límites máximos de descarga establecidos por la normativa ambiental de la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT), es decir, la DQO es la cantidad de sustancias susceptibles de ser oxidadas. Esto quiere decir que a mayor consumo de oxígeno en la degradación de las sustancias nocivas, mayores son los efectos contaminantes.

El presente proyecto propone un uso parcial del agua de nixtamal para la elaboración de un producto benéfico para el ser humano, gracias al alto contenido de ácido ferúlico encontrado en el nejayote, resulta un buen agente para combatir la oxidación y la formación de radicales libres producidos por los rayos ultravioleta (UV), un protector solar con las mismas características y beneficios de los protectores solares existentes pero con la ventaja de disminuir así la contaminación de nuestro medio ambiente dando alternativas nuevas para crear productos con mayor biodegrabilidad y amigables con nuestro planeta.

Antecedentes

Las investigaciones que anteceden este proyecto destacan las propiedades del ácido ferúlico con capacidad antioxidante. Además de procesos de extracción en diversas fuentes de ácidos fenólicos, en el cual la mayor incidencia es en cereales. Guillen (2014) estudió los mecanismos de oxidación en sistemas simétricos obteniendo como resultados una buena capacidad antioxidante en ácidos hidroxicinámicos. Específicamente en los derivados éster y amida dentro de sus propiedades biológicas.

Caicedo (2013) elaboró un producto que protege la piel y restaura daños de los rayos UV utilizando extracto de la caléndula para combatir otros males dermatológicos como picaduras de insectos. Ortega (2013) determinó características fisicoquímicas y capacidad gelificante en los principales cereales, como el maíz, obtuvo como resultado la modificación en las propiedades de los geles como su peso molecular, viscosidad con el contenido de ácido ferúlico que por esta capacidad modificante es posible su uso en la aplicación agroalimentaria, biomédica y cosmética

Pacheco (2015) integró un proceso para la recuperación de ácido ferúlico a partir del hidrolizado obteniendo el tratamiento por membranas de nejayote. Utilizando tres métodos de extracción: secado por aspersión, uso de solventes y CO₂ en estado supercrítico. La técnica más adecuada es la estabilización de la materia prima en secado por aspersión y posteriormente el uso de un solvente con mayor capacidad selectiva y de extracción.

Cazorla (2013) realizo una investigación sobre metabolitos secundarios presentes en vegetales, frutas y cereales que protegen a estos de factores externos, encontrando que la macacuyá posee un alto contenido de flavonoides dando como resultado una actividad fotoprotectora importante.

Los trabajos de Sánchez (2006) se basaron principalmente en la hidrolisis de ácido ferúlico presente en la fracción celulósica y hemicelulosica. En donde se obtuvo como resultado que las amilasas son un elemento clave en el proceso de extracción de ácido ferúlico.

Además se encuentran algunas patentes registradas (OMPI, 2017) relacionado con el ácido ferúlico: Proceso para la recuperación de ácido ferúlico. (Torres Ali, 2008), Procedimiento optimizado de extracción de ácido ferúlico con pretratamiento (Revelant y Foucher, 2015),

Objetivo

Objetivo general

• Elaborar un bloqueador solar orgánico a partir del uso del residuo de nixtamalización a través de la extracción del ácido ferúlico para contribuir en el cuidado del medio ambiente.

Objetivos específicos

• Identificar propiedades fisicoquímicas de nejayote para la utilización de productos de protección solar.
• Extraer el ácido ferúlico del nejayote a través de métodos de separación para su posterior análisis.
• Determinar la composición mediante una cromatografía en capa fina del ácido ferúlico, el componente principal para la elaboración del protector solar con nejayote.

Justificación

En la actualidad nuestro planeta sufre demasiada contaminación por diferentes agentes ya sea físicos, químicos o biológicos, Uno de los problemas con mayor incidencia es el cambio climático el cual nuestro país en 2015 se reporta como  uno de los más calurosos, registrando en la mayor parte del país anomalías negativas de radiación de onda saliente. A su vez este fenómeno ha provocado un aumento de cáncer de piel reportando tan solo en México de acuerdo a la Secretaria de Salud (2015) con mil casos anuales de este tipo de enfermedad y la cual además duplica su incidencia cada 10 años.

La industria Químico-Farmacéutica  de la mano busca nuevas alternativas para elaborar productos menos contaminantes, sustituyendo algunas materias primas por aditivos de origen natural. El nejayote se presenta con una alternativa para la obtención de aditivos, ya que contiene una diversidad de sustancias químicas potencialmente útiles para la industria. En nuestro país, la industria de la tortilla es amplia, pero sin embargo derivado del proceso de obtención del nixtamal, se generada un alto volumen de desechos contaminantes (nejayote). Este proyecto propone utilizar este subproducto como alternativa para disminuir la contaminación principalmente del agua y suelo, aplicando métodos de separación de sustancias químicas con propiedades antioxidantes, como el ácido ferúlico.

El impacto social que este proyecto prevé a corto, mediano y largo plazo es la disminución del impacto ambiental de los residuos del nixtamal, a través del desarrollo de productos alternativos que utilice agentes orgánicos provenientes de este residuo, teniendo como meta final el poder emprender un proyecto comercial del producto desarrollado (bloqueador solar).

Hipótesis

Si se recupera el ácido ferúlico del agua de nixtamal (nejayote), y si se utiliza como ingrediente de un bloqueador solar, tendrá al menos el mismo efecto que los agentes bloqueadores comerciales pero más económico y amigable con el ambiente.

Método (materiales y procedimiento)

II.I Obtención de extracto de ácido ferúlico

Empleando técnicas basadas en la AOAC (2010), se realizó una caracterización física y química del nejayote, tales como: humedad, proteínas, extracto etéreo, cenizas, etc. Para así poder analizar nuestra materia prima y saber que procesos llevar a cabo para obtener una extracción adecuada y concisa.

La obtención del principio activo se realizó aplicando un proceso de separación (extracción liquido-liquido), donde se empleó acetato de etilo como solvente extractor y un  agente desecante (Na₂SO₄ anhidro) para eliminar el agua contenida en nuestra muestra. Se colocó un  litro de nejayote en un matraz Erlenmeyer, sobre un agitador magnético, se le agregó HCl por goteo, hasta alcanzar un pH óptimo para el proceso y se mantuvo en agitación. Posteriormente se filtró para eliminar partículas suspendidas de la muestra. Para realizar la extracción se colocó el nejayote previamente tratado en un embudo de separación con acetato de etilo, se agito y se dejó en reposo para obtener 2 fases. El extracto orgánico con posible presencia de ácido ferúlico se filtró y se procedió a un secado. La fase acuosa se neutralizo y se desechó. Para eliminar el solvente de la fase orgánica y recuperar el extracto con ácido ferúlico, se destilo con ayuda de un evaporador rotatorio marca Büchi R9.

II.II. Determinación de cromatografía en capa fina en papel.

Para el desarrollo de la cromatografía en papel, se basó en la propuesta de Arias y cols. (2013), para la preparación de la cámara cromatográfica se utilizó un frasco comercial de vidrio con tapa, donde se adicionó una mezcla de solventes (hexano y acetato de etilo) más un par de gotas de ácido acético glacial. Se preparó la fase estacionaria con un papel filtro Whatman No. 1, de 6×17 cm, se colocó la muestra del extracto a 1.5 cm en el papel filtro, y se desarrolló el cromatograma por 15 min. Posteriormente se revelo la muestra por fenómeno de fluorescencia con una lámpara de luz ultravioleta l=365 nm modelo ML- 44 Portable.

Una vez extraído el agente de importancia, se procedió a un análisis comparativo (cromatografía), con otra muestra estándar para comprobar el nivel de pureza de nuestro principio activo obtenido.

II.III. Determinación de Factor de Protección Solar

El factor de protección solar se determinó por medio del método de Mansur J. (1986), Se diluyo etanol absoluto hasta una concentración 0,2 mg/ml. Se pesó 1,0 gr de formulación y se pasó a un matraz de 100 ml, se agregaron 50 ml de etanol, se agito durante 5 min después se diluyo a volumen con etanol, se homogeneizo y luego se filtró descartando los primeros 10 ml.

Se tomó una alícuota del filtrado 5,0ml, se transfirió a un matraz aforado de 50 ml y se diluyo a volumen con etanol. Luego un alícuota de 5,0ml de la última dilución se transfirió a un matraz de 25 ml y se llevó a volumen con etanol. Se leyo a una absorbancia de 290 nm a 320 nm ± 5 nm. Y Se reporta con la siguiente formula:

FPS= FC x ∑[EE(λ)xI(λ)] x ∑(Abs)

Galería Método

Resultados

Análisis fisicoquímicos del nejayote.

Los resultados que se muestran en la siguiente tabla son dos componentes que aporta el agua residual (nejayote)

Tabla 1. Análisis fisicoquímicos del nejayote

Comparando los resultados obtenidos con lo reportado por Duran (1981) se observa una mínima diferencia en cuanto al contenido de humedad (98.5%) y el total de solidos totales(1.5%), en el caso de los carbohidratos (66%) son mayores los valores que se dan a conocer comparándolos con los que se muestran en la tabla anterior, siendo esta factor uno de los principales para el crecimiento de las levaduras ya que estos microrganismos obtienen la energía necesaria para la producción de biomasa y con eso contribuyen a minimizar la contaminación provocada por este tipo de residuos.

III.II Identificación del ácido ferúlico por Cromatografía de papel y Espectrofotometría de UV-Vis.

Con el extracto de ácido ferúlico, se desarrolló un cromatograma de papel. Según [2], el isómero trans del ácido ferúlico absorbe fuertemente en la región ultravioleta a una longitud de onda de 248 nm y 307 nm en solución acuosa a pH=6, exhibiendo una fuerte fluorescencia, al revelar el cromatograma se logró una fluorescencia notable, lo que lleva a pensar que el extracto crudo obtenido, contiene alguna forma isomérica de ácido ferúlico.

Con la curva de absorbancia por espectrofotometría UV-Vis, se logró identificar que el extracto con ácido ferúlico, generó un pico de absorbancia entre 300 y 340 nm, lo que se viene a corroborar con los trabajos de Jankovská y cols (2001) y de Arias y cols. (2013), que el extracto obtenido puede contener ácido ferúlico, posiblemente como un éster de ácido ferúlico o ferulato de sodio.

Galería Resultados

Discusión

III.III. Elaboración de bloqueador solar

Para la elaboración del protector solar fue necesario implementar las técnicas de Victoria y Juan León, las cuales consistieron en  disolver Acido ferulico en 60 ml aproximadamente de agua Conservans y se calentó hasta llegar a una temperatura de 60°C conservando una agitación constante, después se añadió la vitamina C agitando hasta que se disolviera y mientras tanto se colocó el Alfa tocoferol en Glicerina y se incorporó a la mezcla en proceso. Se determinó el pH óptimo para el bloqueador, se le agrego el agente gelificante y se mantuvo en agitación hasta la formación del gel protector, comprobando la viscosidad deseada, se procedió al etiquetado y envasado de acuerdo a NOM-141-SSA1/SCFI-2012 del bloqueador solar a base de nejayote.

III.IV. Determinación de factor de protección solar

Se muestran los resultados de absorbancia obtenidos espectrofotométricamente en un rango de l de 290 a 320 nm.

Tabla 2. Determinación del FPS

FPS= FC x ∑EE(λ)xI(λ) x ∑Abs

FPS= 10 x 1x 2.92

FPS= 29.2

Conforme a la clasificación mexicana del factor FPS, el producto generado con un FPS de 29, se considera como de protección alta, es decir, está recomendado para uso en piel muy sensible a quemadura solar.

Conclusiones

Se logró obtener y realizar el bloqueador, cumpliendo principalmente con el objetivo general y con la meta de ingeniería, es comparable con otros bloqueadores ya que sus propiedades humectantes y antioxidantes son, sin lugar a dudas similares no sin antes mencionar el Factor de Protección Solar obtenido es de 29 unidades.

La extracción liquido-liquido fue la más factible para obtener el ácido ferúlico, es  una técnica viable y financieramente también lo es, ya que los indicadores financieros arrojaron resultados bastante prometedores asi como estupendos para un financiamiento.

Bibliografía

REFERENCIAS

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Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography